Bộ khuếch đại điều chỉnh

Các loại bộ khuếch đại mà chúng ta đã thảo luận cho đến nay không thể hoạt động hiệu quả ở tần số vô tuyến, mặc dù chúng tốt ở tần số âm thanh. Ngoài ra, độ lợi của các bộ khuếch đại này sẽ không thay đổi theo tần số của tín hiệu, trên một phạm vi rộng. Điều này cho phép khuếch đại tín hiệu tốt như nhau trên một dải tần số và không cho phép lựa chọn tần số mong muốn cụ thể trong khi từ chối các tần số khác.

Vì vậy, xảy ra nhu cầu về một mạch có thể chọn cũng như khuếch đại. Vì vậy, một mạch khuếch đại cùng với một lựa chọn, chẳng hạn như một mạch điều chỉnh làm choTuned amplifier.

Bộ khuếch đại điều chỉnh là gì?

Bộ khuếch đại điều chỉnh là bộ khuếch đại được sử dụng cho mục đích tuning. Chỉnh có nghĩa là chọn. Trong số một tập hợp các tần số có sẵn, nếu có nhu cầu chọn một tần số cụ thể, đồng thời từ chối tất cả các tần số khác, thì quá trình này được gọi làSelection. Lựa chọn này được thực hiện bằng cách sử dụng một mạch có tên làTuned circuit.

Khi một mạch khuếch đại được thay thế tải của nó bằng một mạch điều chỉnh, một bộ khuếch đại như vậy có thể được gọi là Tuned amplifier circuit. Mạch khuếch đại điều chỉnh cơ bản trông như hình dưới đây.

Mạch điều chỉnh không là gì ngoài mạch LC còn được gọi là resonant hoặc là tank circuit. Nó chọn tần số. Mạch điều chỉnh có khả năng khuếch đại tín hiệu trên một dải tần hẹp tập trung ở tần số cộng hưởng.

Khi điện kháng của cuộn cảm cân bằng với điện kháng của tụ điện, trong mạch điều chỉnh ở tần số nào đó, tần số như vậy có thể được gọi là resonant frequency. Nó được ký hiệu làf_r.

Công thức cộng hưởng là

$$ 2 \ pi f_L = \ frac {1} {2 \ pi f_c} $$

$$ f_r = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}} $$

Các loại mạch điều chỉnh

Mạch điều chỉnh có thể là Mạch điều chỉnh nối tiếp (Mạch cộng hưởng nối tiếp) hoặc Mạch điều chỉnh song song (mạch cộng hưởng song song) tùy theo kiểu kết nối của nó với mạch chính.

Mạch điều chỉnh loạt

Cuộn cảm và tụ điện mắc nối tiếp tạo thành mạch điều chỉnh nối tiếp, như hình vẽ trong sơ đồ mạch điện sau đây.

Ở tần số cộng hưởng, một mạch cộng hưởng nối tiếp cung cấp trở kháng thấp cho phép dòng điện chạy qua nó cao. Một mạch cộng hưởng nối tiếp cung cấp trở kháng ngày càng cao đối với các tần số xa tần số cộng hưởng.

Mạch điều chỉnh song song

Cuộn cảm và tụ điện được kết nối song song tạo thành một mạch điều chỉnh song song, như thể hiện trong hình dưới đây.

Ở tần số cộng hưởng, một mạch cộng hưởng song song cung cấp trở kháng cao không cho phép dòng điện cao chạy qua nó. Một mạch cộng hưởng song song cung cấp trở kháng ngày càng thấp đối với các tần số xa tần số cộng hưởng.

Đặc điểm của mạch điều chỉnh song song

Tần số xảy ra cộng hưởng song song (tức là thành phần phản kháng của dòng điện mạch trở thành 0) được gọi là tần số cộng hưởng f_r. Các đặc điểm chính của mạch điều chỉnh như sau.

Trở kháng

Tỷ số giữa điện áp cung cấp và cường độ dòng điện là tổng trở của mạch điều chỉnh. Trở kháng của mạch LC được cung cấp bởi

$$ \ frac {Nguồn cung cấp \: điện áp} {Phương trình dòng} = \ frac {V} {I} $$

Khi cộng hưởng, dòng điện tăng trong khi trở kháng giảm.

Hình dưới đây biểu diễn đường cong trở kháng của mạch cộng hưởng song song.

Trở kháng của mạch giảm đối với các giá trị trên và dưới tần số cộng hưởng f_r. Do đó có thể lựa chọn một tần số cụ thể và loại bỏ các tần số khác.

Để có được một phương trình cho trở kháng của mạch, chúng ta hãy xem xét

Dòng hiện tại $ I = I_L cos \ phi $

$$ \ frac {V} {Z_r} = \ frac {V} {Z_L} \ times \ frac {R} {Z_L} $$

$$ \ frac {1} {Z_r} = \ frac {R} {Z_L ^ 2} $$

$$ \ frac {1} {Z_r} = \ frac {R} {L / C} = \ frac {CR} {L} $$

Vì $ Z_L ^ 2 = \ frac {L} {C} $

Do đó, trở kháng của mạch Z _r thu được là

$$ Z_R = \ frac {L} {CR} $$

Do đó khi cộng hưởng song song, trở kháng của mạch bằng L / CR.

Mạch hiện tại

Tại cộng hưởng song song, mạch hoặc dòng điện I bằng điện áp đặt vào chia cho tổng trở Z _r tức là,

Dòng hiện tại $ I = \ frac {V} {Z_r} $

Trong đó $ Z_r = \ frac {L} {CR} $

Bởi vì Z _r rất cao, dòng điện I sẽ rất nhỏ.

Yếu tố chất lượng

Đối với mạch cộng hưởng song song, độ sắc nét của đường cong cộng hưởng xác định độ chọn lọc. Điện trở của cuộn dây càng nhỏ thì đường cong cộng hưởng càng rõ nét. Do đó cảm kháng và điện trở của cuộn dây quyết định chất lượng của mạch điều chỉnh.

Tỷ số giữa điện kháng cảm ứng của cuộn dây khi cộng hưởng với điện trở của nó được gọi là Quality factor. Nó được ký hiệu làQ.

$$ Q = \ frac {X_L} {R} = \ frac {2 \ pi f_r L} {R} $$

Giá trị Q càng cao, đường cong cộng hưởng càng sắc nét và độ chọn lọc càng tốt.

Ưu điểm của Bộ khuếch đại điều chỉnh

Sau đây là những ưu điểm của bộ khuếch đại điều chỉnh.

Việc sử dụng các thành phần phản kháng như L và C, giảm thiểu tổn thất điện năng, giúp bộ khuếch đại được điều chỉnh hoạt động hiệu quả.
Tính chọn lọc và độ khuếch đại của tần số mong muốn cao, bằng cách cung cấp trở kháng cao hơn ở tần số cộng hưởng.
Một nguồn cung cấp bộ thu nhỏ hơn VCC sẽ làm được, vì điện trở nhỏ của nó trong mạch điều chỉnh song song.

Điều quan trọng cần nhớ là những ưu điểm này không thể áp dụng khi có tải thu điện trở cao.

Đáp ứng tần số của bộ khuếch đại điều chỉnh

Để một bộ khuếch đại hoạt động hiệu quả, độ lợi của nó phải cao. Độ lợi điện áp này phụ thuộc vào β, trở kháng đầu vào và tải thu. Tải thu trong bộ khuếch đại điều chỉnh là một mạch điều chỉnh.

Mức tăng điện áp của một bộ khuếch đại như vậy được cho bởi

Tăng điện áp = $ \ frac {\ beta Z_C} {Z_ {in}} $

Trong đó Z _C = tải thu hiệu dụng và Z _in = trở kháng đầu vào của bộ khuếch đại.

Giá trị của Z _C phụ thuộc vào tần số của bộ khuếch đại được điều chỉnh. Vì Z _C đạt cực đại ở tần số cộng hưởng, nên độ lợi của bộ khuếch đại là cực đại ở tần số cộng hưởng này.

Băng thông

Dải tần số mà tại đó mức tăng điện áp của bộ khuếch đại đã điều chỉnh giảm xuống 70,7% mức tăng tối đa được gọi là Bandwidth.

Dải tần số giữa f ₁ và f ₂ được gọi là băng thông của bộ khuếch đại điều chỉnh. Băng thông của bộ khuếch đại đã điều chỉnh phụ thuộc vào Q của mạch LC, tức là, độ sắc nét của đáp ứng tần số. Giá trị của Q và độ rộng băng tần tỷ lệ nghịch.

Hình bên dưới mô tả chi tiết về băng thông và tần số đáp ứng của bộ khuếch đại đã điều chỉnh.